在很大程度上,玉米产量依赖于杂种优势的利用以及氮肥的使用。由于环境可持续性发展问题,提高低氮条件下的粮食产量成为未来育种目标之一。本试验的研究目标是评估玉米在低氮和正常氮水平下的遗传变异和杂种优势,为玉米耐低氮育种提供重要参考。8份玉米自交系及其双列杂交组合进行两年两点试验。自交系包括4份氮敏感自交系(齐209、齐318、金黄96B和81865)和4份氮不敏感自交系(郑30、89-1、齐205和CA156)。试验采用随机区组设计,设置低氮(LN,不施入氮肥)和正常氮(NN,220kg/ha)两种氮水平。调查植株叶片数(LEAF)、株高(PH)、穗粒数(KNE)、单穗产量(GY)、百粒重(HKW)、生物量(SB)和收获指数(HI)。采用双列杂交遗传统计模型分析其遗传变异、配合力、杂种优势和亲子关系,主要的研究结果如下:1.玉米杂交种耐低氮遗传改良是提高低氮下玉米杂交种产量的有效措施。方差分析表明,两种氮水平下,亲本自交系和杂交种所有测定性状均存在显著的基因型差异。除LEAF和HI外,亲本和杂交种的多数测定性状在LN和NN两种氮水平间均存在显著差异。其中,GY和SB在两种氮水平间的差异最大。而且多数测定性状在LN水平下仍具有较高的遗传力、变异系数和杂种优势,因此玉米耐低氮育种在理论上具有可行性。2.KNE玉米耐低氮育种的筛选目标,比GY更为有效。在产量相关性状中,亲本和杂交种的KNE显示出较高的遗传力。虽然亲本自交系的HKW在LN水平下也呈现较高的遗传力,但两种氮水平下,杂交种及其亲本的KNE比HKW具有更高的变异系数,表明KNE在亲本和杂交种中具有更大的变异范围。而且,KNE比HKW对低氮胁迫响应更加敏感,利于耐低氮鉴定。从与产量遗传相关性角度考虑,LN水平下,自交系和杂交种的KNE与产量的相关性显著高于HKW与产量的相关性。因此综合考虑与产量的相关性程度、遗传力以及遗传变异等主要因素,玉米耐低氮育种中,与HKW相比,KNE是更有效的筛选指标。3.耐低氮育种中,亲本和杂交种表现应在两种氮水平下进行评价,而且LN水平下,杂交种水平的评价比亲本水平的评价更为有效。低氮下亲本自交系和杂交种比正常氮下具有更显著的基因型与环境(G×E)互作效应。低氮下,杂交种的HKW、KNE、SB和HI均存在显著的基因型和环境互作效应,而在正常氮水平下,杂交种所有调查性状均不存在显著的基因型和环境互作效应;同样低氮下,亲本的PH、HKW和KNE存在显著基因型和环境互作效应,而正常氮水平下,只有HKW存在显著的基因型和环境互作效应。低氮下,亲本的KNE比杂交种存在更加显著的环境效应和基因型与环境互作效应,表明在耐低氮育种中,以KNE为筛选指标时,LN水平下的杂交种评估比亲本自交系的评估更为有效。4.遗传效应是配合力方差的主要组成部分。本研究通过对双列杂交中GCA和SCA分析发现,LN和NN两种氮水平下自交系所有测定性状的GCA和SCA方差显著。而GCA以及SCA与环境的互作效应均不显著,表明遗传效应是配合力方差的主要组成部分。5.配合力效应和特殊配合力方差分析表明,金黄96B可作为耐低氮育种的优良亲本。金黄96B的KNE在LN和NN两种氮水平下的GCA效应值最高,并且SCA方差较高;表明两种氮水平下,由金黄96B所组配的所有杂交组合的KNE平均值最高,而且LN水平下可能会出现KNE特别高的杂交组合,因此金黄96B可作为耐低氮育种的优良亲本。相反,齐209具有最低的GCA效应值,最高的SCA方差,表明由齐209组配的杂交组合KNE的平均值最低,而且可能出现KNE值非常低的杂交组合,如果与KNE的GCA效应较高的亲本杂交,可能会产生KNE较高的杂交组合。因此齐209只能用于获得高SCA效应的杂交育种策略。总之,提高玉米低氮耐性也可能会在正常氮水平下产生较大的遗传增益,低氮耐性是提高低氮投入下玉米生产的有效途径。而穗粒数比单株产量作为玉米耐低氮育种的筛选目标更为有效。因此耐低氮育种中,低氮杂交种水平的评价比亲本水平的评价更为有效,是玉米耐低氮育种中十分重要的环节。